Cijevno stereo PP pojačalo 2 x EL84

Danas je nabavljeno stereo pojačalo sa elektronskim cijevima. Svaki kanal ima mogućnost spajanja tri ulaza (audio mikseta) te dva potenciometra za kontrolu tona. Iz vanjskog izgleda pojačala možemo još samo zaključiti da se vjerojatno radi o nekom domaćem proizvođaču.

Cijevna pojačala mogu se podijeliti na dva osnovna tipa: SE (eng. Single Ended) i PP (eng. Push Pull). Razlika je što se kod SE pojačala u svim elektronskim cijevima pojačava čitav audio signal (i pozitivne i negativne periode), dok se kod izlaznih stupnjeva PP pojačala u zasebnoj cijevi (ili cijevima) posebno pojačavaju pozitivne i posebno negativne periode signala koje se zatim u izlaznom audio transformatoru ponovno spajaju u jedan originalni signal. PP spojevi pojačala koriste se za postizanje većih izlaznih snaga, no za postizanje većih izlaznih snaga kod oba tipa pojačala može se u izlaznom stupnju paralelno spojiti više istovrsnih elektronskih cijevi za što se koriste termini PPP (eng. Parallel Push-Pull) i PSE (eng. Parallel Single Ended). Kod PP pojačala potreban je neki sklop koji vrši invertiranje faze signala za 180° tako da se uz originalan signal dobije i signal okrenut za 180°. Kao okretač faze obično se koristi spoj s dvostrukom triodom, no postoje i druge izvedbe kao što je SIPP (eng. Self-Inverting Push Pull).

Cijevna audio pojačala su opstala do danas i dalje se razvijaju iz razloga što audiofili unatoč svoj sili raznovrsnih suvremenih poluvodičkih pojačala i audio filtara smatraju da ona ipak ne mogu postići takvu jedinstvenu vrstu zvuka kakva nastaje iz cijevnih pojačala. Desetljećima se među audiofilima vode rasprave i traže idealni spojevi cijevnih pojačala. Ovim raspravama vjerojatno nikad neće biti kraja i savršeno audio pojačala vjerojatno nikad neće biti sastavljeno, iz jednostavnog razloga jer mjerilo kvalitete ovdje nisu samo mjerljive veličine poput izobličenja ili izlazne snage već i u velikoj mjeri subjektivni dojam svakog audiofilskog slušača.

U unutrašnjosti našeg stereo cjevaša jasno se uočavaju dva potpuno jednaka pojačala (svako za jedan stereo kanal) i to svako potpuno nezavisno sa vlastitim napajanjem. Svaki kanal ima pet elektronskih cijevi: pentodu EF86, dvije dvostruke triode ECC83 i dvije pentode EL84. Elektronske cijevi su marke Telefunken (osim jedne EL84 koja je Tesla), a ostale pasivne komponente su uglavnom RIZ i Iskra. Ispravljač napajanja nije izveden sa elektronskim cijevima već sa poluvodičima (Graetz B300C75). Iz ovoga se može zaključiti da se radi o PP pojačalu sa parom EL84 na izlazu. Elektronske cijevi EL84 često su u izlaznim krugovima cijevnih pojačala i razvijene su upravo za tu namjenu.

PREDNOSTI PP POJAČALA PRED SE POJAČALIMA

• dobivanje veće izlazne snage
• manje izobličenje izlaznog signala zbog redukcije harmonika u izlaznom transformatoru nastalih u prethodnim stupnjevima
• reduciranje bruma u izlaznom transformatoru kao posljedica nesavršenog napajanja
• izlazni transformator za istu snagu je manjih dimenzija jer nema istosmjerne magnetizacije (istosmjerni magnetski tokovi su suprotni pa se poništavaju)

Maksimalna snaga koja se može izvući iz jedne EL84 je 5,7 W uz 4,3 V efektivnog napona ulaznog signala i 250 V anodnog napona pri čemu je izlazna impedancija 5,2 kΩ, a izobličenje signala 10%. Dvije elektronke EL84 spojene u protufazni (PP – push pull) spoj pak mogu isporučiti najviše 17 W izlazne snage uz 10 V efektivnog napona ulaznog signala i 300 V anodnog napona pri čemu je izlazna impedancija 2 x 4 kΩ, a izobličenje signala 4%. Vidimo da se u PP spoju može izvući veća snaga uz manje izobličenje signala (izobličenja se smanjuju kod spajanja protufaznih signala u izlaznom transformatoru), no najveći nedostatak ovih pojačala je potreba za dobrim međusobnom simetrijom i usklađivanjem obje grane protufaznog pojačanja.

Ono što ćemo od osnovnih pojmova još sretati kod cijevnih (kao i svih drugih) pojačala to je klasa u kojoj rade. Klasu rada cijevnih pojačala određuje veličina negativnog prednapona dovedena na mrežicu (bias). On mora biti tako određen da kad na mrežicu dovedemo promjenjivi ulazni audio signal tada izlazna anodna struja mora linearno slijediti te promjene ulaznog signala, dakle na izlazu iz anode dobivamo linearno pojačanu struju koja vjerno slijedi promjenu struje ulaznog signala. To znači da nas zanima linearna karateristika elektronske cijevi, odnosno područje rada gdje izlazni pojačani signal na anodi vjerno slijedi ulazni signal na rešetki (ravni dio karakteristike). Kad nema ulaznog signala prednaponom mrežice je određena tzv. mirna anodna struja (struja mirovanja) elektronske cijevi u tzv. radnoj točki. U konačnici, prema položaju te radne točke na ravnom (linearnom) dijelu karakteristike cijevi razlikujemo različite klase pojačala, a za pojačanje audio signala koriste se samo klase A, B i AB. Dajemo osnovne usporedne karakteristike ove tri klase pojačala:

• Klasa A
  • radna točka je na sredini linearne karakteristike cijevi
  • struja mirovanja je velika pa se energija troši i kad nema signala (mala korisnost) zbog čega se koristi uglavnom u pretpojačalima
  • ako ulazni signal nije prevelik izlazni signal je bez izobličenja
  • pojačanje je manje u odnosu na klase B i AB
• Klasa B
  • radna točka je na dnu linearne karakteristike cijevi
  • struja mirovanja je gotovo jednaka nuli (velika korisnost)
  • pojačavaju se samo pozitivne poluperiode signala
  • pojačanje je veće u odnosu na klase A i AB
• Klasa AB
  • radna točka je na donjem dijelu linearne karakteristike cijevi odnosno na dijelu između klase A (sredina) i klase B (dno); ovisno o položaju radne točke definirane su dvije podvrste AB1 (bliže klasi B) i AB2 (bliže klasi A).
  • struja mirovanja je manja od klase A, veća od klase B
  • pozitivne poluperiode pojačavaju se bez izobličenja, negativne sa izobličenjem (pojačava se samo dio negativne poluperiode, a ostatak-vrh je odrezan)
  • pojačanje je veće od klase A, manje od klase B

Prednapon za mrežice mora biti dobro stabiliziran kako radna točka ne bi “bježala” u radu, postoji više načina za osiguranje negativnog prednapona, a može se izvesti i spoj za automatski prednapon mrežice. Spoj za automatski prednapon je najjednostavniji za izvedbu ali tada pojačala imaju nešto manje pojačanje, teže se namještaju radne točke i izlazni brum je pojačan. Vidimo da klasa A ima najmanje izobličenje ali zato i najmanje pojačanje. Klasa B ima najveće pojačanje ali pojačava samo jednu poluperiodu signala. Stoga se pojačala u klasi B i AB rade kao PP pojačala kako bi se obje poluperiode provele svaka kroz svoju elektronsku cijev i na izlazu spojile u cjelovit signal. Ovdje treba primijetiti kako kod tranzistora postoji PNP i NPN tip gdje jedan tip pojačava pozitivnu, a drugi negativnu poluperiodu pa se na baze oba tranzistora može dovesti isti signal. Kod elektronskih cijevi nema “pozitivnih” i “negativnih” cijevi pa se za jednu cijev signal mora fazno okrenuti za 180°.

Pri spajanju signala na izlazu iz elektronki koje rade u B klasi nastaju određena izobličenja koja se javljaju na mjestu spajanja poluperioda (eng. Cross over distortion). Stoga se radna točka često odabire negdje između klase A i B kako bi se pojačanjem zahvatio i dio negativne poluperiode i tako se “preklopilo” mjesto spajanja poluperioda, odnosno kako bi se dobio najpovoljniji omjer pojačanja i izobličenja izlaznog signala.

Na blok shemi vidimo pojednostavljeni prikaz rada PP pojačala. Ovdje je važno napomenuti da prema audiofilskim mjerilima izvedba svakog prikazanog stupanja pojačala ima utjecaj na konačni doživljaj zvuka iz tog pojačala, uključujući i izvedbu napajanja pa čak i izvedbu veza između stupnjeva (izravno ili preko kondenzatora) u što se uključuje i posljednja veza izlaznog stupnja sa zvučnikom (dakle izvedba zvučničkog kabela).

Kao što smo već spomenuli, graditelji cijevnih audio pojačala i audiofili razvili su čitavu jednu nauku oko dobivanja što boljih svojstava cijevnih pojačala i njih je nemoguće obuhvatiti u jednom članku, posebice što oko nekih pitanja još uvijek postoje neriješene dvojbe, vode se polemike i rade nova istraživanja. Ipak, za one koji se žele zagrijati za ovu problematiku dati ćemo još nekoliko smjernica kako bi lakše pratili forume i druge stručne i amaterske rasprave na tu temu.

PRETPOJAČALO – Pretpojačalo je izvedeno sa pentodom EF86 koja je upravo i razvijena za tu namjenu te ima veliko pojačanje, vrlo mala izobličenja (0,05%) i veliku otpornost na smetnje zbog ugrađenog posebnog oklopa oko elektroda cijevi. Elektronska cijev je kao što smo rekli pentoda, no audiofili se groze od te riječi pa se pentode često spajaju kao triode, pri čemu imaju manje pojačanje ali daju uhu “topliji” zvuk.

Kako bi se spriječio neželjeni brum, ulazni vod od konektora na prednjoj ploči pojačala do pretpojačala mora biti oklopljen, no oklop se spaja na masu samo na jednom kraju i to na onom koji se nalazi uz ulazni konektor na prednjoj ploči. Na tu istu točku spajanja oklopa ulaznog kabela sa masom izravno se dovodi minus pol napajanja iz ispravljača.

OKRETAČ FAZE (separator faza, phase splitter) – Ovaj stupanj izveden je sa dvostrukom triodom ECC83 i postoji više funkcionalnih načina spajanja trioda ove cijevi kao što su npr. katodinski, izodinski, parafazni, križno spojeni (eng. cross-coupled), Schmitdov spoj itd.

Među audiofilskim pojačalima najviše prevladava spoj sa zajedničkim katodnim otpornikom koji je nazvan dugorepi (eng. long tail) i gdje na anodama dvostruke triode ECC83 dobijemo dva protufazna signala koji se dalje prosljeđuju na protufazno (PP) pojačalo. Graditelji cijevnih pojačala otkrili su da pojačanje dviju trioda u cijevi ECC83 nije sasvim jednako (druga trioda je nešto slabijeg pojačanja) pa se za dobivanje savršeno simetričnih protufaznih signala u ovaj stupanj ponekad ugrađuju trimeri za izjednačavanje pojačanja obiju trioda.

U našem pojačalu nalazimo po dva para elektronki ECC83 između stupnja pretpojačala i izlaznog PP stupnja. Moguće je da oba para trioda po kanalu služe kao okretači faze u križnom spoju (cross-coupled) koji je najbolji spoj za okretanje faze i daje najviše simetričan izlaz. No također je moguće da za okretanje faze služi samo jedan par trioda (npr, u spoju long tail), dok je drugi par trioda driver za izlazne elektronke u PP spoju. Ovo bismo najjednostavnije saznali da imamo gotovu shemu pojačala. U svakom slučaju, koji god spoj bio, triode u okretaču faze osim zadaće stvaranja paralelnog signala ulaznom i zatim njegovo okretanje za 180° također ujedno i naponski pojačavaju oba ta signala.

IZLAZNI STUPANJ – Izlazne pentode EL84 mogu biti spojene tako da rade kao pentode, tako da rade kao triode ili nešto između u tzv. ultralinearni spoj. Spojevi se razlikuju po načinu napajanja mrežica G2, pa se tako u spoju pentode vežu na napajanje, u spoju triode se vežu na anode, a u ultralinearnom spoju na posebne izvode na primaru izlaznog transformatora. U ultralinearnom spoju od elektronke se dobije snaga gotovo kao da je vezana kao pentoda, unutarnji otpor kao da je vezana kao trioda, a uz sve to dobijemo još i malo izobličenje. Da bismo opisali kakav izlazni zvuk daje pojedini spoj trebali bismo koristiti audiofilski umjetnički rječnik koji oslikava subjektivan dojam slušača, no za nas sa prosječnim ušima 😉 reći ćemo da pentodni spoj daje hladni zvuk, triodni spoj daje topli slatkasti zvuk, a ultralinearni spoj je negdje između 🙂

Također, PP pojačala mogu raditi u svim trima klasama audio pojačala: A, B i AB. Kada EL84 radi u klasi A ima mirnu struju od oko 48 mA. U klasi B ta struja je gotovo jednaka nuli, a u klasi AB nalazi se negdje između te dvije vrijednosti. Već smo rekli da klasu rada elektronske cijevi određuje veličina negativnog prednapona mrežice. Taj prednapon se dobiva preko katodnog otpornika (oko -11 V za EL84), no, za savršeno cijevno pojačalo najbolje je imati zasebni stabilizirani izvor negativnog napona (recimo nekih -15V preko npr. stabilizatora 7915) nakon kojeg zasebnim (promjenjivim) otpornikom za svaku cijev smanjimo veličinu tog napona na željenu vrijednost za prednapon mrežice. Time ćemo moći ne samo namjestiti optimalnu radnu točku za izlazni par elektronki već i podesiti njihovu simetriju (tako da su mirne struje obje cijevi potpuno jednake).

IZLAZNI TRANSFORMATOR – Posebno važna (da ne kažemo presudna) komponenta cjevnog pojačala je izlazni audio transformator koji prilagođava visoku izlaznu impedanciju elektronskih cijevi (reda nekoliko kΩ) na nisku impedanciju zvučnika (reda nekoliko Ω). On mora prenijeti što veću snagu uz što manje gubitaka s izlaznog stupnja pojačala na zvučnik i to sa što manjim izobličenjima i u što širem dinamičkom audio frekvencijskom opsegu. Kod PP pojačala u izlaznom transformatoru ujedno se i spajaju pojačane protufaze signala ponovno u cjeloviti signal.

Kod boljih cijevnih pojačala koriste se posebne dvostruke C-jezgre i posebna izvedba posebno motanih i izoliranih namota kako bi se što više smanjio rasipni induktivitet transformatora i postigla što bolja simetričnost namotaja. Neke izvedbe svojih audio transformatora proizvođači čuvaju kao poslovnu tajnu. Stoga ne čudi da su kvalitetni izlazni audio transformatori najteže nabavljiva komponenta cijevnog pojačala i čine veliki udio u ukupnoj cijeni istog.

Dok se sa načinom spajanja cijevi još može eksperimentirati, audio transformatori moraju biti izračunati i motani za točne ulazne i izlazne impedancije kao i za točnu vrstu izlaznog spoja pojačala pa tu nema puno prostora za greške i u nabavu ili izradu istih kreće se tek kad smo sigurni u tip i izvedbu kompletnog izlaznog stupnja pojačala. Triodni i pentodni spoj izlaznog PP stupnja koriste izlazni transformator koji na primaru ima samo središnji izvod preko kojeg se dovodi anodni napon, dok primar transformatora za ultralinearni spoj ima dodan po još jedan izvod na svaku polovicu namota tako da s tim treba računati kod odabira spoja za izlazni stupanj. Sekundar transformatora osim izvoda za spajanje zvučnika može imati i izvode za povratnu vezu izlaznog pojačala ukoliko je isto izvedeno na taj način, no ona se može izvesti i sa zvučničkih izvoda preko RC veze (nije potreban poseban izvod na sekundaru). Izvodi za zvučnik iz sekundara transformatora vode se izravno na izolirane zvučničke priključnice na šasiji pojačala, dakle niti jedan kraj se ne spaja s masom.

Rekli smo da je simetričnost namota jako važna u izlaznom transformatoru jer nam malo znači savršena simetrija protufaznih signala namještena na izlazima iz elektronskih cijevi ako se sve to na kraju pokvari u izlaznom transformatoru. U nekim granicama je moguće kompenzirati nesimetriju namota opet zasebnim podešavanjem pojačanja svakog protufaznog kanala, no to u konačnici može dovesti do disbalansa u drugim stupnjevima pojačala, tako da je najbolje izlazni transformator izraditi što je moguće preciznije ili nabaviti neki kvalitetni tvornički primjerak.

Također, što je izlazni transformator bolje izveden i ima manje gubitaka to će i prijenos snage na zvučnik biti veći. Da dalje ne duljimo, za primjer, ukoliko iskoristimo neki izlazni transformator za PP spoj cijevi EL84 iz nekog starog domaćeg lampaškog radio aparata možemo izvući nešto oko 10W snage uz 0,5% izobličenja. S druge strane, uz nekakvu vrhunsku izvedbu istog transformatora sa istim pojačalom postigli bismo oko 12W sa 0,1% izobličenja.  Nekome se ove razlike čine zanemarive, nekome su ogromne. Za neko prosječno ljudsko uho (prema nekim izvorima) granica čujnog izobličenja je oko 0,5%. Možda postoje ljudi koji mogu “čuti” i dest puta manja izobličenja, no činjenica je da audiofili vole lampaški zvuk upravo zato jer je izobličen, istina, na po njima jedinstven način 🙂

MREŽNI TRANSFORMATOR – Mrežni transformator za cijevne uređaje ima specifične izlazne napone i tu nećemo moći iskoristiti mrežni transformator od nijednog poluvodičkog elektroničkog uređaja. On mora davati napon za grijanje cijevi (reda nekoliko volti, obično 6,3V), napon za anode elektronskih cijevi (reda nekoliko stotina volti) i ponekad prednapon za mrežice elektronskih cijevi – bias (reda nekoliko desetaka volti), naravno, sve prema specifikacijama za određene cijevi koje napajamo.

Mrežni transformator je dobro oklopiti i udaljiti što više od ostalih komponenti, posebice od izlaznog audio transformatora, a ako to nije moguće ova dva transformatora moraju se međusobno montirati zakrenuti za 90° kako bi se magnetska indukcija u što manjoj mjeri prenosila s jednog transformatora na drugi. U novije vrijeme često se koriste oklopljeni toroidni mrežni transformatori. O samoj tehnici motanja, izolacije i oklapanja mrežnog transformatora za HI-FI cijevna pojačala također je razvijeno puno legendi koje se mogu izučavati na mnogobrojnim audiofilskim forumima.

ISPRAVLJAČ I STABILIZATOR NAPONA NAPAJANJA – Na mrežni transformator se spaja punovalni ispravljač (ili više njih), a ispravljanje može biti preko elektronskih cijevi ili preko poluvodiča. Ovo spominjemo jer neki audiofili sa posebno istančanim sluhom mogu osjetiti razliku u izlaznom zvuku pojačala ovisno o vrsti ispravljača koji je upotrijebljen u napajačkom dijelu.

Postoje posebna pravila ožičenja kod dovođenja napona napajanja na određene točke pojačala. Spomenuti ćemo samo da se naponi moraju dovoditi zasebnim žicama na svaki kanal pojačala u stereo kombinaciji (najbolje je da svaki kanal ima svoj zasebni kompletni ispravljač), a za dovođenje napona za grijanje cijevi žice moraju biti i upletene. Napon grijanja cijevi (koji je u pravilu izmjenični) često je krivac za pojavu bruma na izlazu pojačala pa se ovaj napon neki puta također ispravlja i filtrira. Posebno se ne preporuča dovođenje napona za grijanje cijevi tiskanim vodovima na pločici ukoliko se pojačalo radi na tiskanoj pločici već opet zasebnim upredenim žicama ispod pločice izravno s napajanja.

Grana za napajanje anoda i grana za žarenje elektronki u ispravljaču se često povezuju spojem koji sprječava pojavu nedozvoljeno velikog napona između žarne niti i katode (probojnog napona) čime se onda i sprječava moguća modulacija katode brumom. Brum je veliki problem kod cijevnih pojačala te je njegova pojava moguća čak i kad se pridržavamo svih osnovnih pravila napajanja i ožičenja. Tada se pribjegava eksperimentalnom traženju najbolje zajedničke točke za masu te dodatnim oklapanjem vodova i transformatora.

Bolji cijevni ispravljači imaju i sklop za kašnjenje anodnog napona. Uloga ovog sklopa je da spriječi dovođenje anodnog napona na cijev sve dok se katoda dovoljno ne zagrije. Naime, ukoliko se na anodu dovede visoki napon, a katoda još nije dovoljno zagrijana, dolazi do pojave “hladne emisije” koja oštećuje katodu i time smanjuje vijek trajanja elektronske cijevi. Ovakav sklop obično se izvodi pomoću releja koji nakon određenog vremena kašnjenja uključuje anodni napon pa nam je relej u cijevnom pojačalu indikator postojanja ovog zaštitnog mehanizma.

Jednako kao i napon grijanja cijevi, perfekcionisti će posebno stabilizirati i visoki anodni napon. Za napon grijanja cijevi pak će ugraditi sklop koji postepeno podiže napon do nominalne vrijednosti kako bi se spriječili naponski udari i povećale šanse za dulji vijek trajanja elektronki.

Filtarski elektrolitski kondenzatori koji se uvijek markantno ističu na šasijama cijevnih uređaja moraju biti u mogućnosti uskladištiti dovoljnu količinu energije da održavaju stabilan napon i kod najvećih opterećenja pojačala.

Na kraju ove objave želim izraziti divljenje elektroničarima i audiofilima koji su posvetili svoje vrijeme, volju, trud i novac razvoju vrhunskih cijevnih audio pojačala. Ja osobno mogu razlikovati kategorije zvuka nekog džepnog tranzistora, zvuka neke mini linije i zvuka nekog Hi-Fi sustava sa kvalitetnim pojačalima i zvučnim kutijama. Vjerojatno bi i unutar svake te kategorije primijetio razlike u zvuku različitih uređaja no one me ne bi smetale u slušanju neke moje omiljene pjesme. Definitivno ne spadam u kategoriju ljudi koji mogu prepoznati razliku u zvuku preko “usviranih” i “neusviranih” kablova. No ono što je meni jako privlačno kod cijevnih pojačala (neka me sad audiofili ne razapnu) to je njihov izgled, rekao bih, čak i više nego njihov zvuk. Kućišta izrađena od kvalitetnih materijala sa skupim završnim obradama, poklopci transformatora u istoj kategoriji, istaknuta sva fizička ljepota elektronskih cijevi ponekad naglašena kakvom diskretnom LED-icom, detalji kao što su kvalitetni i vrhunski dizajnirani gumbi potenciometara, konektori, analogni VU-metri, zaštitni prstenovi za elektronke… Istina da sve to ima svoju cijenu… ali da je lijepo, lijepo je… normalno da nekome više za uši, nekome pak više za oči, nekome sve jednako lijepo 🙂